II基于STM32單片機(jī)的一種安全駕駛系統(tǒng)模擬設(shè)計(jì)摘要：本文研究的內(nèi)容是基于機(jī)動(dòng)車輛如何減少車禍?zhǔn)鹿实陌l(fā)生來(lái)實(shí)現(xiàn)“安全駕駛”模式，進(jìn)而保障我們的生命財(cái)產(chǎn)與安全。我們的生活水平在不斷的提高，擁有汽車的人也越來(lái)越多。所以安全出行對(duì)每個(gè)家庭，對(duì)社會(huì)都是非常重要的。5G時(shí)代的來(lái)臨，讓汽車也在向智能化方向發(fā)展，這樣做就可以更好的減少事故的發(fā)生率，以此更好的保障我們的生命財(cái)產(chǎn)安全。通過(guò)多次試驗(yàn)?zāi)M，對(duì)硬件選擇、電路設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)的不斷改善，最終達(dá)到了預(yù)期的效果。本文是基于STM32單片機(jī)實(shí)現(xiàn)安全駕駛的模擬，實(shí)現(xiàn)道路上的智能安全駕駛：通過(guò)紅外模擬控制小車，首先檢測(cè)酒精濃度，是否適合開(kāi)車，通過(guò)超聲波模塊，當(dāng)遇到前方有障礙物的時(shí)候，提前發(fā)出預(yù)警，根據(jù)行車速度來(lái)限制當(dāng)前跟車距離，車距超過(guò)限制距離的時(shí)候，強(qiáng)制變道行駛，通過(guò)碼盤(pán)電機(jī)測(cè)算當(dāng)前速度，同時(shí)通過(guò)串口在手機(jī)APP上顯示當(dāng)前車速以及當(dāng)前駕駛?cè)饲闆r，是否可以安全駕駛。系統(tǒng)如何迅速做出判斷，以便駕駛?cè)艘约败噧?nèi)人員對(duì)這些情況迅速做出反應(yīng)。關(guān)鍵詞：STM32單片機(jī)；碼盤(pán)電機(jī)；超聲波測(cè)距；串口；酒精檢測(cè)；目錄TOC\o"1-3"\h\u1緒論 II1緒論研究背景隨著社會(huì)的進(jìn)步，我們的生活水平不斷提高，近期的車禍?zhǔn)鹿蕰r(shí)常發(fā)生，基于機(jī)動(dòng)車輛如何減少車禍?zhǔn)鹿实陌l(fā)生來(lái)實(shí)現(xiàn)“安全駕駛”模式，進(jìn)而保障我們的生命財(cái)產(chǎn)安全。車輛的增多使得交通事故頻頻發(fā)生，而全球每年由交通事故造成的財(cái)產(chǎn)安全和人員安全損失的數(shù)目是非常驚人的，所以在車輛安全問(wèn)題上面，已經(jīng)引起了人們的高度重視。通過(guò)對(duì)大量交通事故的分析，有超過(guò)80%的車禍?zhǔn)且驗(yàn)樽隈{駛位置的駕駛員反應(yīng)不及時(shí)，因此而引起的車禍?zhǔn)鹿剩€有65%以上的車輛是追尾相撞，當(dāng)我們坐車在路上的時(shí)候，時(shí)常可能會(huì)發(fā)生這種情況。還有幾項(xiàng)類似的研究表明：駕駛員如果可以提早一秒意識(shí)到事故危險(xiǎn)，并且對(duì)即將發(fā)生的危險(xiǎn)事故做出相應(yīng)的措施，那么65%的追尾事故和80%的因?yàn)轳{駛員反應(yīng)不及時(shí)而引起的事故，我們都可以盡量的避免掉。為了減少我們現(xiàn)在每天發(fā)生的大量交通事故，個(gè)人在車載系統(tǒng)的功能必須得到改善。最早的信息和預(yù)警系統(tǒng)，我們已經(jīng)在市場(chǎng)上可以看到有出現(xiàn)的，而駕駛輔助和自動(dòng)化技術(shù)需要我們進(jìn)一步的創(chuàng)新發(fā)展與定位。汽車發(fā)生追尾相撞事故的主要原因是由于：汽車和它前方的物體（如汽車、行人或其他障礙物）距離與汽車本身的速度不匹配而造成的事故，即和前車距離近而它的相對(duì)速度又很高。怎么樣可以防止汽車與它前方的物體即將發(fā)生的碰撞，那么行駛的汽車當(dāng)前速度，必須要根據(jù)它與它前方物體的距離變化，從而由智能執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)它進(jìn)行控制，使我們的汽車始終保持在安全的車速在路面上行駛。這樣就會(huì)大大的提高汽車行駛的安全性，從而減少車禍相撞事故的發(fā)生。發(fā)展汽車的安全駕駛系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)，對(duì)汽車的智能化水平與戰(zhàn)略定位有著重要的意義。1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀在世界上大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)，汽車的被動(dòng)安全技術(shù)規(guī)范的開(kāi)發(fā)和實(shí)施往往比汽車的積極技術(shù)保障晚一點(diǎn)。美國(guó)是一個(gè)特殊的例子，被動(dòng)的安全和安全規(guī)則是在積極的安全技術(shù)規(guī)則之前引入和實(shí)施的，在緊縮和強(qiáng)度方面與歐洲其他地區(qū)，特別是美國(guó)截然不同。與此同時(shí)，歐洲和美國(guó)在制定和執(zhí)行不同概念的汽車法典時(shí)，歐洲的重點(diǎn)是汽車是安全的，球是安全的，但是美國(guó)的產(chǎn)品系統(tǒng)是受歡迎的，每輛車都是實(shí)用的，每輛車都是安全的。在上文的最后報(bào)告中，我國(guó)進(jìn)行了一項(xiàng)研究，研究了取得突破的受限訓(xùn)練材料。汽車工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)創(chuàng)造的重要組成部分，當(dāng)今的中國(guó)汽車工業(yè)規(guī)模比較多，但是其規(guī)模都不大；通過(guò)研究和開(kāi)發(fā)有關(guān)的汽車工業(yè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，可以確定價(jià)格差異，技術(shù)領(lǐng)域差異，以此為確定戰(zhàn)略之外的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，另一方面，在行業(yè)指導(dǎo)上的實(shí)際意義比較深入。服從的代表性，獨(dú)立經(jīng)營(yíng)原則，通過(guò)合理的策劃，可以意識(shí)到汽車的很多影響因素，精煉所選級(jí)別人才，而產(chǎn)業(yè)政策和管理系統(tǒng)、市場(chǎng)份額、產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力、基礎(chǔ)工業(yè)水平、核心技術(shù)控制、供應(yīng)鏈能力、生產(chǎn)能力、品牌實(shí)力、銷售能力和服務(wù)能力的10個(gè)評(píng)價(jià)的指標(biāo)，創(chuàng)造了一個(gè)綜合的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，可以比較國(guó)家之間在汽車方面的發(fā)展；對(duì)意大利、韓國(guó)、德國(guó)、日本、英國(guó)、法國(guó)、美國(guó)、中國(guó)進(jìn)行了一定量的評(píng)價(jià)。根據(jù)結(jié)果顯示，德國(guó)、日本和美國(guó)等國(guó)的汽車在第一位置，韓國(guó)、法國(guó)和意大利在第二位置，英國(guó)和中國(guó)在第三位置。盡管中國(guó)在擁有巨大的生產(chǎn)能力方面有一些優(yōu)勢(shì)，但與世界各地的汽車大國(guó)相比，它在其他方面都有許多缺點(diǎn)。1.3本文研究?jī)?nèi)容與組織結(jié)構(gòu)1.3.1研究?jī)?nèi)容本文設(shè)計(jì)是基于STM32F103RCT6單片機(jī)，設(shè)計(jì)的一個(gè)簡(jiǎn)易的汽車安全系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為酒精檢測(cè)和超聲波測(cè)距，通過(guò)判斷酒精含量濃度是否適合駕車，以及如何規(guī)避車距。測(cè)量酒精濃度使用的是酒精檢測(cè)模塊，通過(guò)對(duì)酒精濃度的判斷是否適合開(kāi)車；測(cè)量障礙物距離是使用超聲波模塊，該測(cè)距系統(tǒng)通過(guò)對(duì)模塊返回的數(shù)據(jù)分析然后進(jìn)行報(bào)警提示，提示車主障礙物的出現(xiàn)以及時(shí)地做出反應(yīng)，以及汽車可以根據(jù)情況自動(dòng)的做出反應(yīng)。1.3.2論文結(jié)構(gòu)第一章：對(duì)本論文設(shè)計(jì)大綱及國(guó)內(nèi)外研究情況進(jìn)行闡述；第二章：對(duì)該測(cè)距方法進(jìn)行整體設(shè)計(jì)和構(gòu)想，與其他方案設(shè)計(jì)進(jìn)行比較；第三章：介紹硬件電路設(shè)計(jì)，并闡述各模塊的器件以及器件的功能和特性；第四章：介紹軟件程序設(shè)計(jì)，并闡述主要模塊程序邏輯功能；第五章：介紹該系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程以及測(cè)試結(jié)果；第六章：對(duì)本論文進(jìn)行整體的概括，以及對(duì)某些功能進(jìn)行改進(jìn)。2測(cè)距方法比較與選擇2.1雷達(dá)檢測(cè)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)本質(zhì)上是高頻電磁傳輸和接收。雷達(dá)波是由它本身的激光器產(chǎn)生的，可以直接向航線發(fā)射他們的射頻電磁波，接收波反射信號(hào)并接收信號(hào)，然后接收硬件、軟件和圖形系統(tǒng)測(cè)試的結(jié)果。雷達(dá)使用的取樣頻率通常只有幾個(gè)兆赫(MHz)，而一些傳輸和接收的射頻頻率則高于吉赫（GHz）。射頻電磁波的產(chǎn)生是基于一種特殊形式的固體共振腔。雷達(dá)頻率非常高，波長(zhǎng)極短，也遵守傳播規(guī)律，包含折射、入射、反射和衰變等一些基本的特征，可以用來(lái)確保道路施工質(zhì)量控制和狀態(tài)檢測(cè)的服務(wù)，滿足檢測(cè)要求的特定狀態(tài)：完好無(wú)損、快速和高精確度。用于確定混凝土道路狀況的探地雷達(dá)，由天線、發(fā)射機(jī)、接收器、信號(hào)處理和終端設(shè)備等五大主要部分構(gòu)成。探地雷達(dá)主要是利用高頻電磁波、寬帶短脈沖的形式來(lái)進(jìn)行工作的，它的工作過(guò)程：由在地面的發(fā)射天線發(fā)送高頻電磁脈沖波進(jìn)入地下的，而地層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層就可以根據(jù)其電磁特性來(lái)區(qū)分，如果相鄰的結(jié)構(gòu)層材料電磁特性不相同時(shí)，那么就會(huì)在其界面間影響射頻信號(hào)的傳播，發(fā)生透射和反射。有一部分電磁能量會(huì)從界面反射回來(lái)，另外一部分則繼續(xù)穿透界面，進(jìn)入到下一層的電介質(zhì)材料中。電磁波在地層系統(tǒng)中傳播，每一次與不同結(jié)構(gòu)層的碰撞都在不同層之間，都會(huì)發(fā)生透射與折射。上世紀(jì)90年代，我國(guó)開(kāi)始對(duì)道路質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和維護(hù)，并對(duì)混凝土道路進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，因?yàn)槔走_(dá)探測(cè)技術(shù)具有小的、快速的、簡(jiǎn)化的和高質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)。2.2紅外檢測(cè)在現(xiàn)實(shí)中存在以紅外線來(lái)作為介質(zhì)的測(cè)量系統(tǒng)，而實(shí)質(zhì)就是一種紅外距離測(cè)距傳感器，它相當(dāng)于是一種傳感器裝置，主要是運(yùn)用于現(xiàn)代技術(shù)、國(guó)防和工業(yè)和農(nóng)業(yè)?，F(xiàn)實(shí)中使用的紅外距離傳感器是利用紅外測(cè)距傳感器去發(fā)射出一束紅外光線，而其照射到物體后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反射的過(guò)程，返回到紅外傳感器后接收反射回來(lái)的信號(hào)，緊接著用CCD圖像處理的方式，處理在接收發(fā)射與接收時(shí)間差之間的的數(shù)據(jù)。最后經(jīng)過(guò)信號(hào)處理器加工處理之后，從而以此計(jì)算出物體與障礙物之間的距離。紅外測(cè)距按照其功能劃分可以分為六類：（1）紅外測(cè)距：經(jīng)過(guò)信號(hào)處理器處理后計(jì)算出物體之間的距離；（2）熱成像：可以產(chǎn)生所需的整個(gè)目標(biāo)的紅外輻射的分布圖像；（3）搜索與跟蹤：用來(lái)搜索以及跟蹤所確定的紅外目標(biāo)，以此來(lái)確定其空間位置，并對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤；（4）輻射計(jì)：用于輻射以及光譜測(cè)量；（5）通信系統(tǒng)：照射到某個(gè)物體后會(huì)形成反射，反射到紅外傳感器后接收信號(hào)（6）混合系統(tǒng)：指以上各類系統(tǒng)中的兩個(gè)或者多個(gè)系統(tǒng)之間進(jìn)行組合。特點(diǎn)：1）進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)量，反射率低和無(wú)反光板的情況下能測(cè)量的距離較遠(yuǎn)；2）包含有同步輸入端，所以它可以進(jìn)行多個(gè)傳感器的同步測(cè)量；3)測(cè)量的范圍較廣，響應(yīng)的時(shí)間短；4)外形的設(shè)計(jì)緊湊，便于進(jìn)行安裝與操作。搜救機(jī)器人必須具備四方面能力：運(yùn)動(dòng)能力、感知能力、通訊能力和作業(yè)能力。然而機(jī)器人良好的運(yùn)動(dòng)能力和感知能力是搜救機(jī)器人的通訊作業(yè)能力所需要依靠的，而傳感器的有效發(fā)揮是機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)能力和感知能力的有效建立。在搜救機(jī)器人上的應(yīng)用上，紅外傳感器相當(dāng)是我們?nèi)搜鄣墓δ?，如果利用紅外測(cè)距傳感器去發(fā)射一束紅外光，讓其在照射到障礙物后形成一個(gè)反射過(guò)程，在其反射到發(fā)射的傳感器后接收其信號(hào)，緊接著利用圖像處理方式處理接收發(fā)射與接收的時(shí)間差的數(shù)據(jù)情況。而經(jīng)過(guò)信號(hào)處理器處理后的數(shù)據(jù)從而計(jì)算出物體的距離。這樣的檢測(cè)技術(shù)讓我們不僅將其使用到自然表面，還可以讓我們將其用于到加反射板上面。而其測(cè)量的距離遠(yuǎn)，還有相當(dāng)高的頻率響應(yīng)特性，讓我們可以將其運(yùn)用到惡劣的工業(yè)環(huán)境上面。2.3超聲波測(cè)距超聲波的指向性比較準(zhǔn)確，消耗的能量比較緩慢，而且超聲波在介質(zhì)中傳播的距離比較遠(yuǎn)，所以我們常用超聲波來(lái)測(cè)量我們想要測(cè)試的距離，例如：物位測(cè)距儀以及測(cè)量?jī)x等，我們都可以將其用超聲波來(lái)進(jìn)行測(cè)量。超聲波的使用通常更快、更方便、更容易計(jì)算、更容易實(shí)時(shí)控制，也更容易測(cè)量工業(yè)的實(shí)用需求，這在移動(dòng)智能機(jī)器人的開(kāi)發(fā)中也很常見(jiàn)。1）超聲波發(fā)生器為了研究和使用超聲波，人類開(kāi)發(fā)和制造了大量的超聲波發(fā)生器?？偟膩?lái)說(shuō)，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一種是用電氣方式，另一種是機(jī)械的方式。電的方法包括壓電、磁致伸縮和電動(dòng)類型；機(jī)械的方法包括氣流旋笛、液哨和統(tǒng)笛。它們產(chǎn)生的超聲波有不同的頻率、功率和聲音特征，因此使用到不同的用途中。壓電超聲發(fā)生器現(xiàn)在比較常用。2）壓電式超聲波發(fā)生器壓電超聲波發(fā)生器實(shí)際上是由壓電晶體的諧振來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的。在我們的超聲波發(fā)生器的內(nèi)部，其結(jié)構(gòu)中含有兩個(gè)壓電芯片和一個(gè)共振板來(lái)作為其進(jìn)行主要的工作。其內(nèi)部的壓電晶片的固有振蕩頻率與兩極外加脈沖信號(hào)相等時(shí)，前者將會(huì)產(chǎn)生共振并帶動(dòng)其共振板的振動(dòng)，超聲波就是這樣產(chǎn)生的。將其進(jìn)行比較，如果在它的兩個(gè)電極之間不加額外的電壓，那么當(dāng)超聲波被共振板得到時(shí)，將會(huì)使得其內(nèi)部的壓電晶片產(chǎn)生振動(dòng)，然后將其產(chǎn)生的機(jī)械能量去轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，那么它就是一個(gè)超聲波接收器。3）超聲波測(cè)距當(dāng)超聲波的發(fā)射器在向我們所需要的方向發(fā)射超聲波的時(shí)候，與此同時(shí)利用秒表開(kāi)始計(jì)時(shí)，秒表上記錄的時(shí)間就是超聲波發(fā)射器在空氣中所進(jìn)行傳播的時(shí)間，當(dāng)超聲波遇到障礙物時(shí)會(huì)立即進(jìn)行返回，而這時(shí)的超聲波接收器會(huì)立即停止接收反射波。超聲波以340m/s的速度在空中傳播，根據(jù)時(shí)間t，計(jì)算出發(fā)點(diǎn)與物體之間距離s（如式2-1所示），而這也就是利用時(shí)間差來(lái)進(jìn)行測(cè)距的方法。（2-1）超聲波測(cè)距的原理：超聲波以340m/s的速度在空中傳播（為已知量），利用秒表測(cè)量的超聲波在發(fā)射后遇到物體時(shí)反射回來(lái)的時(shí)間（為測(cè)量量），根據(jù)上式2-1的方法計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)到障礙物的實(shí)際距離（為計(jì)算量）。所以我們所使用的超聲波測(cè)距與雷達(dá)測(cè)距的原理是相同的。測(cè)距公式，如下式2-2所示:（2-2）上述公式式中的L：測(cè)量的距離長(zhǎng)度；C：340m/s（超聲波在空氣中的傳播速度）；T：測(cè)量傳播的時(shí)間差。利用超聲波測(cè)距將其主要運(yùn)用在建筑方面、倒車提醒、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等方面測(cè)量的距離，盡管現(xiàn)在距離可以測(cè)量達(dá)到100米，但通常只有厘米級(jí)的精度。由于超聲波很容易定向，很好控制，可以不需要與障礙物直接進(jìn)行接觸，因此它將是我們用來(lái)進(jìn)行測(cè)量液體高度的理想辦法。但液體水平所需要的精確測(cè)量需要達(dá)到毫米級(jí)的精度，但目前內(nèi)部超聲達(dá)不到這個(gè)精度，它只有厘米級(jí)的精度。2.4確定測(cè)距方式超聲波測(cè)距——在智能領(lǐng)域上廣泛應(yīng)用，超聲波探測(cè)可以很快的進(jìn)行定向而不需要與物體直接接觸；在計(jì)算的時(shí)候方便；操作的時(shí)候容易進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，從而減小誤差。相比較其他測(cè)距方式來(lái)說(shuō)，可以更好的滿足本次安全駕駛模擬系統(tǒng)測(cè)量的精確性，所以在本次的設(shè)計(jì)中我選擇使用超聲波進(jìn)行測(cè)距。3硬件框架3.1硬件設(shè)計(jì)方案如圖3.1所示，本設(shè)計(jì)中所用到的硬件模塊包含：（STM32F103RCT6）單片機(jī)，碼盤(pán)電機(jī)，舵機(jī)，（HC-SR04）超聲波傳感器，（MQ-3）酒精傳感器，有源蜂鳴器，（HC05）藍(lán)牙模塊以及穩(wěn)壓模塊；接下來(lái)我會(huì)對(duì)重要的模塊進(jìn)行介紹：STM32STM32F103RCT6酒精檢測(cè)模塊超聲波測(cè)距模塊蜂鳴器模塊藍(lán)牙模塊碼盤(pán)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊舵機(jī)模塊圖3.1硬件整體框架3.2模塊功能介紹3.2.1單片機(jī)模塊STM32F103RCT6單片機(jī)使用的是高性能的ARM的Cortex?-M332位的處理器，它的工作頻率是72MHz。本設(shè)計(jì)所使用的STM32F103RCT6器件包含3個(gè)12位的ADC口、4個(gè)通用16位定時(shí)器和2個(gè)PWM定時(shí)器，還包含標(biāo)準(zhǔn)的通信接口：3個(gè)SPI接口2個(gè)I2C接口、2個(gè)I2S接口、1個(gè)SDIO接口、5個(gè)USART接口、一個(gè)USB接口和一個(gè)CAN接口。STM32F103RCT6屬于STM32F103系列，而STM32F103屬于一個(gè)完整的系列，它的成員之間是完全相互兼容的，其它在功能和軟件上也是相互兼容的。與此同時(shí)，它與其它同系列的產(chǎn)品也保持兼容的功能。本設(shè)計(jì)所使用的ARM的Cortex?-M3處理器是當(dāng)代社會(huì)最新的ARM處理器，它為微處理器（MCU）提供了低價(jià)格的平臺(tái)、降低了引腳個(gè)數(shù)、減少了系統(tǒng)使用的功耗以及先進(jìn)中斷系統(tǒng)的響應(yīng)。其原理圖如圖3.2所示：圖3.2STM32F103RCT6單片機(jī)電路圖3.2.2超聲波模塊超聲波模塊（HC-SR04）的電氣參數(shù)，如下表3.1所示：表3.1HC-SR04超聲波模塊參數(shù)序號(hào)參數(shù)名稱閾值1使用電壓DC—5V2靜態(tài)電流小于2mA3電平輸出高5V4電平輸出底0V5感應(yīng)角度不大于15度6探測(cè)距離2cm-450cm7高精度可達(dá)0.2cm（2）模塊引腳如下圖3.3所示，超聲波模塊（HC-SR04）包含有4個(gè)引腳，分別是：Vcc、控制端(Trig)、接收端(Echo)、GND；引腳功能：GND引腳接地；VCC引腳接5V電源；控制端（Trig）引腳發(fā)出控制的超聲波信號(hào)；接收端（Echo）引腳接收反射回來(lái)的超聲波信號(hào)。（3）超聲波HC-SR04工作原理：

1）首先超聲波HC-SR04模塊接入VCC和GND；

2）然后用IO口脈沖觸發(fā)Trig端，輸入一個(gè)長(zhǎng)為20us的高電平方波；

3）上述第二步完成之后，模塊會(huì)自動(dòng)發(fā)射8個(gè)40KHz的聲波；4）緊接著回波Echo端的電平會(huì)由0變?yōu)?；（在此時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)）

5）這時(shí)當(dāng)超聲波返回被模塊接收到，則回波Echo端的電平會(huì)由1變?yōu)?； （此時(shí)停止定時(shí)器計(jì)數(shù)），而這時(shí)定時(shí)器記錄的時(shí)間，就是超聲波由 發(fā)射到遇到障礙物返回的總時(shí)間；

6）根據(jù)公式（2-2）以及聲音在空氣中的速度為344m/s，可計(jì)算出距離 前方障礙物的距離。圖3.3超聲波電路圖如下圖3.4所示，是（HC-SR04）超聲波測(cè)距模塊的時(shí)序圖：1）在啟動(dòng)（HC-SR04）測(cè)距模塊時(shí)，由觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)，而10us的高電平 時(shí)間是主機(jī)至少要發(fā)送的時(shí)間，最后才能成功觸發(fā)HC-SR04；2）本模塊的傳感器是自動(dòng)回應(yīng)的，而且是在（HC-SR04）模塊的內(nèi)部發(fā)出的 信號(hào)，而需要讓我們注意和記錄，是其什么時(shí)候會(huì)輸出回響信號(hào)；圖3.4HC-SR04時(shí)序圖3）進(jìn)行信號(hào)輸出的高電平，就是超聲波從發(fā)出到重新返回接收的時(shí)間；4）因?yàn)榭倳r(shí)間是發(fā)送和接收的時(shí)間總和，所以用定時(shí)器記錄下來(lái)的這段時(shí)間 結(jié)果需要除于2。3.2.3酒精模塊MQ-3酒精檢測(cè)模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)駕駛?cè)说谋O(jiān)控，防止酒駕，以此避免更多的車禍?zhǔn)录陌l(fā)生，當(dāng)其濃度超過(guò)一定閾值時(shí)，會(huì)將這個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)，讓蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，同時(shí)小車也不可以發(fā)動(dòng)。本設(shè)計(jì)所用的MQ-3酒精檢測(cè)模塊的電路圖，如圖3.5所示：圖3.5酒精模塊電路圖MQ-3酒精檢測(cè)模塊特點(diǎn)，如下表3.2所示：表3.2MQ-3酒精檢測(cè)模塊特點(diǎn)序號(hào)MQ-3酒精檢測(cè)模塊特點(diǎn)1可以進(jìn)行信號(hào)輸出的指示2雙路信號(hào)輸出（模擬量輸出及TTL電平輸出）3輸出低電平有效（LED燈亮），單片機(jī)可直接與其相連4MQ-3檢測(cè)的濃度越則其高電壓越高5對(duì)（乙醇）氣體有很高的靈敏度和良好的選擇性6可靠的穩(wěn)定性、使用壽命長(zhǎng)7 快速的響應(yīng)恢復(fù)特性3.2.4藍(lán)牙模塊藍(lán)牙模塊（HC05）可以我在設(shè)計(jì)中的（數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收），STM32單片機(jī)將其所收集到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口，將控制、車速及與障礙物的距離等數(shù)據(jù)發(fā)送到手機(jī)藍(lán)牙APP上，從而通過(guò)我們的藍(lán)牙手機(jī)APP來(lái)對(duì)小車進(jìn)行遠(yuǎn)程的控制，讓小車進(jìn)行左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)、后退、停止。本設(shè)計(jì)所用的HC05藍(lán)牙模塊的電路圖，如下圖3.6所示：圖3.6藍(lán)牙電路圖藍(lán)牙名稱：BT04-A密碼：12341）VCC引腳：引腳接電源的正極，電壓的范圍為3.3v到5.0v，在應(yīng)用的時(shí)， 不要直接接電源；2）GND引腳：接地；3）TXD引腳：串口SEND引腳，可直接Connection單片機(jī)的RXD引腳；4）RXD引腳：串口RECV引腳，可直接Connection單片機(jī)的TXD引腳；5）LED顯示燈：檢測(cè)HC05藍(lán)牙是否連接上藍(lán)牙設(shè)備，連接成功則輸出高 電平（藍(lán)燈亮），沒(méi)有連接則輸出低電平；3.2.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L298N電機(jī)芯片采用的是15引腳進(jìn)行的封裝。而我們常說(shuō)的直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載都可以用它來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；而且它還有兩個(gè)使能（EN）控制端，當(dāng)其輸入信號(hào)在不受影響的情況下有一個(gè)邏輯電源輸入端，使L298N內(nèi)部邏輯電路的部分，在低電壓下進(jìn)行工作；也可以進(jìn)行外接電阻，從而將其變化量進(jìn)行反饋，而將其反饋給控制電路。該芯片可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)或一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)。其特性如下表3.3所示：表3.3L298N驅(qū)動(dòng)模塊特性序號(hào)L298N驅(qū)動(dòng)模塊特點(diǎn)1其工作電壓高，最高的工作電壓可以達(dá)到46V2L298N輸出的電流大，其峰值電流可達(dá)3A，其持續(xù)工作電流為2A3額定功率25W4邏輯通道IN1，IN2接收信號(hào)，控制out1和out2IN3,IN4控制out3,out45利用電位差（即不同的電位）可以使得直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)6ENA，ENB為使能端，即為（PWM）口，輸入PWM信號(hào)，起到控速作用，但電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向是靠IN口控制（1）電機(jī)測(cè)速原理：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，根據(jù)脈沖走過(guò)的距離來(lái)計(jì)算電機(jī)的實(shí)際速度；（2）采集數(shù)據(jù)方式：有兩種方式第一種軟件技術(shù)直接采用外部中斷進(jìn)行采集，根據(jù)AB相位差的不同可以 判斷正負(fù)；第二種硬件技術(shù)直接使用定時(shí)器的編碼器模式，這里采用第二種。也是大 家常說(shuō)的四倍頻，提高測(cè)量精度的方法。（3）速度計(jì)算公式，如（3-1）所示：速度公式:（3-1）測(cè)試的是電機(jī)輪子的物理轉(zhuǎn)速，公式變量含義如下表3.4所示：表3.4公式變量含義變量單位意義num1個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的脈沖數(shù)t秒單位時(shí)間num2個(gè)（反應(yīng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)）單位時(shí)間內(nèi)捕獲的脈沖變化數(shù)rm電機(jī)輪子半徑pi無(wú)圓周率vmm/s速度3.2.6舵機(jī)模塊如下圖3.7所示，我設(shè)計(jì)所使用的舵機(jī)它有一個(gè)三線的接口?？刂菩盘?hào)端所連接的是橙色線；地線連接的是黑色線；（+5V）電壓連接的是紅線。

圖3.7實(shí)物舵機(jī)圖舵機(jī)的工作原理：1）本設(shè)計(jì)所使用的舵機(jī)，它的控制信號(hào)是PWM（脈寬調(diào)制）信號(hào)，再通過(guò)通電的時(shí)間對(duì)舵機(jī)進(jìn)行控制，對(duì)舵機(jī)的精確角度控制實(shí)現(xiàn)，是在其角度傳感器的反饋信號(hào)檢測(cè)和控制的完美結(jié)合。2）本設(shè)計(jì)的舵機(jī)控制信號(hào)周期為20MS，其脈寬從0.5ms-2.5ms進(jìn)行變化，那么其舵盤(pán)位置就會(huì)對(duì)應(yīng)0-180度呈現(xiàn)線型變化。如果提供給舵機(jī)一定的脈寬，那么其輸出軸就會(huì)保持對(duì)應(yīng)角度的變化，而且無(wú)論其外接的轉(zhuǎn)矩怎么進(jìn)行改變，只要給它提供另外一個(gè)PWM信號(hào)，它才會(huì)改變其輸出角度到對(duì)應(yīng)的新位置上。3）在我購(gòu)買的舵機(jī)內(nèi)部它有一個(gè)基準(zhǔn)電路，其基準(zhǔn)電路產(chǎn)生周期為20MS，其寬度為1.5MS的PWM信號(hào)，而且有一個(gè)比較器會(huì)將外加信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行相比較，去判斷出所要轉(zhuǎn)動(dòng)方向和大小，因此產(chǎn)生讓電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)。3.3本章小結(jié)本章主要進(jìn)行介紹我設(shè)計(jì)硬件部分的電路圖、原理圖，以及它們一些的重要特性，STM32F103RCT6單片機(jī)、HC-SR04超聲波傳感器、MQ-3酒精傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、舵機(jī)、有源蜂鳴器和HC05藍(lán)牙模塊，讓我清楚地認(rèn)識(shí)了這些元器件的基本使用功能，方便了硬件的組裝、后期代碼的燒錄與焊接等工作，這是完成實(shí)物制作的基礎(chǔ)。4軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.1軟件項(xiàng)目創(chuàng)建過(guò)程打開(kāi)KeiluVision4軟件，點(diǎn)擊菜單欄的“File”，然后點(diǎn)擊“New”（Ctrl＋N），即創(chuàng)建編譯環(huán)境。創(chuàng)建好編譯環(huán)境后，可以進(jìn)行代碼的編寫(xiě)。最后保存（Save）即可。特別注意：保存文件后綴名為“.Ｃ”。點(diǎn)擊菜單欄“project”（工程），然后點(diǎn)擊“NewVisionproject”（新建工程）。并對(duì)工程的名字進(jìn)行命名，新建的工程名字為“jsq”。然后選擇本設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)芯片“STC89C52RC”型號(hào)。觀察左側(cè)，工程管理窗口右鍵點(diǎn)擊“SourceGroup1”，然后點(diǎn)擊“+”號(hào)。此時(shí)，將寫(xiě)好并保存的程序添加進(jìn)去。最后可以看到“SourceGroup1”中存在已經(jīng)添加進(jìn)去的文件，即stm32.c。右鍵點(diǎn)擊左側(cè)Project欄里的“Target1”，然后點(diǎn)擊“Targte”，將Xtal（MHz）改為24.0。然后再點(diǎn)擊“Debug”，選擇“產(chǎn)生HEX文件”選項(xiàng)，最后OK。編譯全部文件，在編譯的過(guò)程中，BuildOutput界面會(huì)顯示程序運(yùn)行的正確與錯(cuò)誤。如果程序沒(méi)有錯(cuò)誤，會(huì)出現(xiàn)“C51”—0Error(s)，0Waring(s)。如果出現(xiàn)“1Waring(s)”警告等，不影響程序編譯。若出現(xiàn)“1Error(s)”編譯錯(cuò)誤，點(diǎn)擊出錯(cuò)信息，隨后跳轉(zhuǎn)到代碼有問(wèn)題的那一行，然后對(duì)該代碼進(jìn)行修改。確認(rèn)編譯無(wú)錯(cuò)后，可生成的.HEX文件，燒錄到單片機(jī)內(nèi)。4.2軟件設(shè)計(jì)方案如圖4.1所示，是本設(shè)計(jì)軟件部分的設(shè)計(jì)方案。用Kile5軟件進(jìn)行程序的編寫(xiě)與燒錄，程序語(yǔ)言使用C語(yǔ)言，并引用官方庫(kù)進(jìn)行編寫(xiě)。程序在進(jìn)入MAIN函數(shù)后，酒精檢測(cè)配置、串口配置、超聲波配置、蜂鳴器配置，這些配置初始化后進(jìn)入while函數(shù)。然后通過(guò)IO置位和延時(shí)函數(shù)使前后超聲波模塊開(kāi)始工作。判斷當(dāng)前酒精濃度的高低，是否超標(biāo)，是否可以開(kāi)車駕駛，進(jìn)入相應(yīng)的模式后，當(dāng)遇到前方有物體時(shí)，對(duì)距離進(jìn)行判斷，是否警告以及進(jìn)行變道。圖4.1軟件設(shè)計(jì)方案4.3軟件程序設(shè)計(jì)程序在進(jìn)入主函數(shù)（MAIN函數(shù)）后，首先各個(gè)模塊進(jìn)行初始化，如果這些配置初始化完后，將會(huì)進(jìn)入循環(huán)（while）函數(shù)，最后通過(guò)IO的置位和延時(shí)函數(shù)，使得前面的超（HC-SR04）聲波模塊和（MQ-3）酒精模塊等開(kāi)始工作。首先判斷當(dāng)前酒精濃度的高低，是否超過(guò)閾值，是否可以開(kāi)車駕駛前進(jìn)，如果超過(guò)了閾值，則小車無(wú)法前進(jìn)；沒(méi)有超過(guò)，則繼續(xù)前行，當(dāng)遇到前方有障礙物時(shí)，通過(guò)超聲波對(duì)距離進(jìn)行判斷，是否發(fā)出報(bào)警、停止或變道，通過(guò)HC05藍(lán)牙模塊將距離和電機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)發(fā)送至手機(jī)APP進(jìn)行顯示。如下圖4.2所示，是主函數(shù)流程圖： delay_init(); //延時(shí)函數(shù)初始化 CH_SR04_Init();//超聲波函數(shù)初始化 if(quf[0]<20)//判斷距離是否小于20，小于則停止 PAout(4)=0;PAout(5)=0;//同時(shí)為1和0時(shí)，小車停止 PAout(2)=0;PAout(3)=0;//同時(shí)為1和0時(shí)，小車停止 if(quf[0]<50)//距離是否小于50，小于則蜂鳴器報(bào)警 PAout(11)=1;delay_ms(2);//高電平關(guān)閉蜂鳴器 PAout(11)=0;delay_ms(100);//低電平開(kāi)啟蜂鳴器 USART3_Send((u8*)temp00);//向手機(jī)APP發(fā)送電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速 USART3_Send((u8*)temp2);//向手機(jī)APP發(fā)送超聲波測(cè)的距離 NNNYYY距離是否<50cm開(kāi)始結(jié)束各個(gè)模塊初始化酒精濃度是否超標(biāo)距離是否<20cm蜂鳴器發(fā)出報(bào)警小車停止小車不可以前進(jìn)N向手機(jī)APP發(fā)送數(shù)據(jù)圖4.2主函數(shù)流程圖4.3.1酒精檢測(cè)模塊當(dāng)酒精檢測(cè)的值恒等于0時(shí)，則蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警，小車不可以進(jìn)行前進(jìn)動(dòng)作，不為0時(shí)，小車可以進(jìn)行前進(jìn)、后退等動(dòng)作，蜂鳴器也不發(fā)出報(bào)警。其部分程序如下： while(PBin(1)==0)//循環(huán)判斷當(dāng)前酒精濃度傳輸值 { PAout(4)=0;PAout(5)=0;//第一個(gè)電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng) PAout(2)=0;PAout(3)=0;//第二個(gè)電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng) //蜂鳴器報(bào)警 PAout(11)=1;delay_ms(2); PAout(11)=0;delay_ms(100); }4.3.2超聲波檢測(cè)模塊超聲波檢測(cè)模塊檢測(cè)的是當(dāng)前小車位置與前方障礙物的距離，并將其數(shù)據(jù)發(fā)送至手機(jī)，通過(guò)計(jì)算的當(dāng)前的距離，對(duì)小車的距離進(jìn)行判斷，當(dāng)其距離小于50cm的時(shí)候，蜂鳴器將會(huì)發(fā)出報(bào)警，對(duì)當(dāng)前駕駛?cè)税l(fā)出預(yù)警，從而避免車禍的發(fā)生，當(dāng)其距離小于20cm的時(shí)候，小車將會(huì)停止。其主函數(shù)程序如下圖4.3所示：圖4.3主函數(shù)程序4.4本章小結(jié)本章主要介紹了軟件部分，編譯工具以及主程序的介紹，讓我對(duì)本次軟件代碼部分有了清晰的邏輯，對(duì)HC-SR04超聲波傳感器、MQ-3酒精傳感器代碼的認(rèn)識(shí)，讓我清楚地認(rèn)識(shí)了這些元器件的基本使用方法，為我后面對(duì)測(cè)試結(jié)果代碼的修改以及寫(xiě)作時(shí)清晰的邏輯提供了重要的部分。這是完成代碼燒錄的基礎(chǔ)。5系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果與分析5.1硬件調(diào)試過(guò)程1）檢查每一個(gè)硬件模塊的功能是否正常，對(duì)其進(jìn)行調(diào)試；2）對(duì)照電路圖檢查邏輯電路是否正確；2）檢查電壓大小，防止對(duì)模塊損壞；4）對(duì)一些電路的焊接，仔細(xì)檢查焊點(diǎn)的正確性；5）電機(jī)與舵機(jī)是否能正常工作，是否可以正常進(jìn)行計(jì)算距離。5.2軟件調(diào)試過(guò)程在編譯程序時(shí)，出現(xiàn)了以下的錯(cuò)誤提示，如下:在設(shè)置完參數(shù)進(jìn)行程序編譯的時(shí)候編譯器的最下端的窗口顯示:warning1：出現(xiàn)“warning:#1295-D:Deprecateddeclarationrun_c-giveargtypes”solution：對(duì)比前面聲明的函數(shù)，不加void會(huì)有警告。當(dāng)加上void后，重新編譯，警告消失。warning2：“warning:#128-D:loopisnotreachable”solution：根據(jù)報(bào)出的警告，意思是無(wú)法跳出循環(huán)，當(dāng)在循環(huán)中加入break后，重新編進(jìn)行譯，警告消失。warning3：#177-D:variable"a"wasdeclaredbutneverreferencedsolution：因?yàn)槎x了一個(gè)變量，但是后面的程序編碼中直接用數(shù)字代替了，所以沒(méi)有用到之前的變量。將這個(gè)變量注釋后，重新編譯，警告消失。5.3系統(tǒng)調(diào)試本設(shè)計(jì)的小車已經(jīng)根據(jù)電路和原理圖已經(jīng)正確連接好各個(gè)模塊與單片機(jī)之間的電路，代碼根據(jù)想要實(shí)現(xiàn)的邏輯功能已經(jīng)正確燒錄進(jìn)單片機(jī)里面，在硬件、軟件與手機(jī)APP兼容方面也做到了統(tǒng)一，下面將介紹各個(gè)測(cè)試模塊的數(shù)據(jù)與結(jié)果，其小車實(shí)物如下圖5.1所示：5.1實(shí)物圖片5.2.1酒精檢測(cè)結(jié)果通過(guò)擰動(dòng)酒精模塊后面的電位器（可調(diào)電阻）來(lái)修改其閾值，以期達(dá)到要求，減少測(cè)試時(shí)間，檢測(cè)到最合適時(shí)間是在第六次測(cè)試的時(shí)候正好滿足本設(shè)計(jì)的要求，其測(cè)試表如下表5.1所示：5.1酒精測(cè)試結(jié)果次數(shù)修改閾值（擰動(dòng)模塊后的電位器）響應(yīng)時(shí)間1擰動(dòng)10°20s2擰動(dòng)10°18s3擰動(dòng)10°15s4擰動(dòng)10°14s5擰動(dòng)10°10s6擰動(dòng)10°8s7擰動(dòng)10°4s8擰動(dòng)10°2s通過(guò)本次的測(cè)試，本次設(shè)計(jì)已完成小車酒精模塊的基本功能測(cè)試，可以實(shí)現(xiàn)立題之初的設(shè)想，做好了本次實(shí)物。5.2.2超聲波測(cè)距檢測(cè)結(jié)果通過(guò)超聲波模塊測(cè)試小車前方與前方障礙物的距離，下面是五次的測(cè)試結(jié)果，其測(cè)試結(jié)果如下表5.2所示：表5.2超聲波測(cè)距結(jié)果次數(shù)電機(jī)轉(zhuǎn)速(單位：rad/s)距離(單位：cm)1288105cm27668cm28239cm(蜂鳴器報(bào)警)29810cm(小車沒(méi)有停止)227788cm28258cm28741cm(蜂鳴器沒(méi)有報(bào)警)28210cm(小車停止)3296105cm26568cm27244cm(蜂鳴器報(bào)警)28213cm(小車停止)4285125cm26777cm27444cm(蜂鳴器報(bào)警)28215cm(小車停止)5276118cm28574cm29346cm(蜂鳴器報(bào)警)27616cm(小車停止)通過(guò)本次的測(cè)試，本次設(shè)計(jì)已完成小車超聲波的基本功能測(cè)試，可以實(shí)現(xiàn)立題之初的設(shè)想，做好了本次實(shí)物。5.2.3不足之處電壓5v過(guò)小，電機(jī)轉(zhuǎn)速比較慢，小車行駛距離較慢；小車變道行駛涉及到了對(duì)前方道路的進(jìn)一步分析，是向左還是向右變道；超聲波模塊測(cè)試的時(shí)候由于小車有一定的慣性，與測(cè)試設(shè)定的值不符合；布線比較雜亂，沒(méi)有畫(huà)板解決問(wèn)題，